NATURWISSENSCHAFTEN DIGITAL - Jenny Meßinger-Koppelt und Jörg Maxton-Küchenmeister (Hrsg.) - Toolbox fuer den Unterricht
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NATURWISSENSCHAFTEN
15 Beiträge zum praktischen Einsatz von digitalen Werkzeugen im
Chemie-, Physik- und Biologieunterricht mit klaren Anleitungen,
Angaben zu Zeitaufwänden, benötigten Geräten und Materialien
NATURWISSENSCHAFTEN
sowie direkt einsetzbaren Unterrichtsmaterialien sind in diesem Band
versammelt. Die meisten Ansätze sind auf andere Fächer übertragbar,
sodass eine umfangreiche Toolbox für Lehrkräfte entstanden ist.
DIGITAL
Jenny Meßinger-Koppelt und Jörg Maxton-Küchenmeister (Hrsg.)
Die Artikel zeigen anschaulich auf, wo und wie digitale Werkzeuge den
naturwissenschaftlichen Unterricht bereichern können. Sie gehen
dabei nicht nur auf praktische Apps und Web-Ressourcen ein, sondern
geben Tipps für die Umsetzung im eigenen Unterricht und stellen
weiterführende Materialien zur Verfügung.
Themen sind hierbei das Nutzen oder Erstellen von:
• E-Books
• Videos
• Feedbacksystemen
• Modellierungen
• Augmented Reality
• Internetforen
Sämtliche Materialien liegen sowohl in gedruckter als auch in
digitaler Form vor.
Naturwissenschaften digital – Toolbox für den Unterricht
kostenfrei
ISBN 978-3-9456410-6-4
www.joachim-herz-stiftung-verlag.de
Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Informationen sind im Internet unter http://dnb.ddb.de abrufbar. ISBN 978-3-9456410-6-4 © Joachim Herz Stiftung Verlag, Hamburg 2018 Layout und Gestaltung: sabine abels | www.e-book-erstellung.de Fotos und Bilder wurden von den Autoren zur Verfügung gestellt. Druck und Bindung: Lokay, Reinheim | lokay24.de Gedruckt auf chlorfrei gebleichtem Papier Printed in Germany Alle Rechte vorbehalten www.joachim-herz-stiftung-verlag.de
Inhalt
INHALT
Einleitung .................................................................................................................................................................................................................... 4
Zur Arbeit mit dem Material ................................................................................................................................................................................... 5
Didaktische Aspekte zum Einsatz digitaler Medien – Leitlinien zum Lehren mit Multimedia, veranschaulicht an Beispielen ....... 6
Raimund Girwidz und Christoph Hoyer
Quiz-Werkzeuge: Lernende aktivieren und Feedback erhalten ...................................................................................................................... 24
Stefan Richtberg
Medien mit Augmented Reality erweitern: virtuelles Add-On zur didaktischen und methodischen Aufbereitung von Medien ........... 28
Carsten Hoffmann und Christoph Thyssen
Das E-Book als digitale Mappe .............................................................................................................................................................................. 32
Nina Ulrich
E-Books erstellen, überarbeiten und bewerten am Beispiel „Warum färbt sich der Wald im Herbst bunt?“ ...................................... 36
Barbara Stegbauer
Kooperatives Lernen mit selbst erstellten Internetforen gestalten ............................................................................................................... 40
Johanna Dittmar, Moritz Krause und Ingo Eilks
Modellieren lernen mit digitalen Werkzeugen ................................................................................................................................................... 44
Agnes Szabone Varnai und Christoph Vogelsang
„Wo befindet sich der Beschleunigungssensor im Smartphone?“ – Digitales Messen im Physikunterricht ....................................... 48
Franz Boczianowski
Es schwingt und klingt – interaktive Web-Anwendung zur Akustik .............................................................................................................. 52
Daniel Laumann und Philipp Wichtrup
Die App ID-logics als digitale Bestimmungshilfe ............................................................................................................................................... 56
Jorge Groß
Biodiversität vor der Haustür: Einsatz von Simpleshows im Biologieunterricht ........................................................................................ 60
Alexander Finger und Judith Wiegelmann
EXPlainistry: Chemische Experimente mit selbst erstellten Videos dokumentieren, erklären und visualisieren ............................... 64
Johannes Huwer
Dynamische Prozesse auf der Teilchenebene mithilfe von StopMotion-Videos lernen ........................................................................... 68
Moritz Krause
Selbst erstellte Lernvideos für den Chemieunterricht – der Zusammenhang von Stoff- und Teilchenebene ...................................... 72
Timo Fleischer und Claudia Nerdel
Experimentierkompetenz mit kurzen Erklärvideos fördern ............................................................................................................................ 76
Agnes Szabone Varnai
© Joachim Herz Stiftung Verlag 3
Einleitung
EINLEITUNG
Mit diesem Band liegt die dritte Publikation der Joachim und durchzuführen. Im Kolleg Didaktik:digital widmet
Herz Stiftung zum Themenkomplex digitale Medien im sie sich gemeinsam mit Fachdidaktikern aus Biologie,
naturwissenschaftlichen Unterricht vor. Die Digitalisierung Chemie, Physik und dem Sachunterricht intensiv der
entwickelt mit einer faszinierenden Dynamik nicht nur Lehramtsausbildung. Darüber hinaus engagiert sich die
den Alltag, sondern auch Lehre und Bildung weiter. Joachim Herz Stiftung in der Lehrerfortbildung: Sie bietet
Die jüngst erschiene JIM-Studie zum Medienverhalten selbst und in Kooperation mit Partnern Tagungen und
Jugendlicher (2017) illustriert das eindrücklich: Besaßen Workshops zum Thema „MINT digital“ an. Zudem fördert die
im Jahr 2014 „nur“ 88 Prozent aller Jugendlichen ein Stiftung thematisch passende Lehrerfortbildungen Dritter.
Smartphone, sind es Ende 2017 97 Prozent – also quasi alle.
Mittlerweile gehen vier von fünf Jugendlichen bevorzugt Im Zuge dieser Zusammenarbeit ist ein großer
über ihr Smartphone ins Internet. Knapp zwei Drittel der Schatz an grundlegenden Konzepten und konkreten
Jugendlichen hören damit regelmäßig Musik. Und immerhin Unterrichtsmodulen entstanden. Eine repräsentative
gut die Hälfte nutzt ihr Gerät zumindest mehrmals pro Auswahl davon wird in diesem Band veröffentlicht.
Woche auch noch zum Telefonieren. Smartphones und
Computer sind dabei keinesfalls Geräte ausschließlich Gerne wird denjenigen, die digitale Medien im Unterricht
zum Freizeitgebrauch: Täglich sitzen Schülerinnen und einsetzen, eine reine Technikgläubigkeit vorgeworfen
Schüler (von zwölf bis 19 Jahren) im Schnitt 45 Minuten oder gar die Grundeinstellung, alleine der Technikeinsatz
für schulische Zwecke an ihren digitalen Geräten. verbessere den Unterricht. Dies trifft auf diesen Band
und seine Autoren sicher nicht zu. Das Primat des
Die Strategie der Kultusministerkonferenz (KMK) „Bildung Pädagogischen und die sinnvolle didaktische Einbettung
in der digitalen Welt“ bietet seit ihrem Erscheinen Ende stehen selbstverständlich im Vordergrund. So steht am
2016 einen umfassenden Rahmen zur „Bildung in der Anfang dieses Bandes ein einleitender fachdidaktischer
digitalen Welt“. Als zentrale Forderung benennt die Strategie: Übersichtsartikel von Prof. Dr. Raimund Girwidz und
„Entscheidend für ein erfolgreiches Lernen in der digitalen Christoph Hoyer von der Physikdidaktik der Ludwig-
Welt ist, dass die Lehrenden über entsprechende eigene Maximilians-Universität München. Die anschließenden
Kompetenzen sowie didaktische Konzepte verfügen. Daher konkreten Unterrichtsvorschläge zeigen exemplarisch das
muss die Lehreraus-, -fort- und -weiterbildung in den sinnvolle Verknüpfen eben dieser pädagogisch-didaktischen
kommenden Jahren einen entsprechenden Schwerpunkt Konzepte mit den technischen Möglichkeiten der digitalen
setzen.“ Genau diesen Themen widmet sich die Joachim Herz Medien und der Alltagswelt von Schülerinnen und Schülern.
Stiftung seit mehreren Jahren mit einer Reihe von Projekten.
Ein herzliches Dankeschön an die Autorinnen und
Die Stiftung entwickelt in Zusammenarbeit mit Experten Autoren – nicht nur für die Mitarbeit an diesem Band,
aus der naturwissenschaftlichen Fachdidaktik und der sondern auch für ihr langjähriges Engagement für
unterrichtlichen Praxis Konzepte für den sinnvollen dieses zentrale Thema zur Weiterentwicklung unserer
Einsatz digitaler Medien in den naturwissenschaftlichen Schulen in der digitalen Welt. Gedankt sei auch den
Fächern. Und sie fördert deren Implementation in den beteiligten Lehrkräften für ihr Engagement bei der
Unterricht – sei es durch Angebote für die Aus- und Praxiserprobung der Materialien und den Schülerinnen
Fortbildung von Lehrkräften oder durch Publikationen. und Schülern für ihr Feedback. Am Ende geht es um sie.
Mit den Portalen www.leifiphysik.de und
www.mint-digital.de, mit Sammelbänden und praktischen
Unterrichtsmaterialien unterstützt die Stiftung
Lehrerinnen und Lehrer, ihren Unterricht vorzubereiten
4 © Joachim Herz Stiftung Verlag
Zur Arbeit mit dem Material
ZUR ARBEIT MIT DEM MATERIAL
Die Beiträge in diesem Sammelband sollen Ihnen Anregungen Um einen schnellen Überblick zu ermöglichen, sind
zum praktischen Einsatz von digitalen Werkzeugen im alle Beiträge gleich aufgebaut: Sie bestehen aus zwei
Chemie-, Physik- und Biologieunterricht geben. Viele der Doppelseiten mit mehreren Blöcken, die eine direkte
Ansätze sind zudem auf andere Fächer übertragbar. Die Einordnung erlauben, ob der jeweilige Beitrag für Ihren
Materialien liegen sowohl in gedruckter als auch in digitaler Unterricht relevant ist. Zudem finden Sie Beschreibungen
Form vor. Die gedruckte Broschüre kann kostenfrei bei inklusive Tipps für die Umsetzung im Unterricht
der Joachim Herz Stiftung angefordert oder online unter und weiterführende Materialien (z. B. Arbeitsblätter,
www.mint-digital.de/unterrichtsidee abgerufen werden. Beispielvideos). Am Ende eines jeden Beitrages sind die
Kompetenzen nach dem Beschluss der KMK „Kompetenzen in
der digitalen Welt“ (2016) angegeben, die jeweils vermittelt
werden sollen. Der Aufbau der Beiträge ist wie folgt:
i Hier erfahren Sie, in welchem Maße Sie als Lehrkraft
technische Vorkenntnisse zum Durchführen
Diese kurze Aufstellung zeigt Ihnen, welche Geräte
mit welchen Betriebssystemen und Materialien
der vorgestellten Unterrichtsidee mitbringen Sie für die Umsetzung im Unterricht brauchen.
sollten („Schwierigkeitsgrad“) und wie hoch der Außerdem bekommen Sie einen Überblick über
Vorbereitungsaufwand für Sie ist. Außerdem wird benötigte Programme und Web-Ressourcen.
gezeigt, für welches Fach bzw. welche Fächer
der Ansatz geeignet ist und welche Zeit für das
Durchführen im Unterricht eingeplant werden sollte. Hier erhalten Sie eine Anleitung mit praktischen Tipps,
wie der Einsatz im eigenen Unterricht gelingen kann.
An dieser Stelle bekommen Sie einen schnellen
Überblick über die Klassenstufen, für die Der Beitrag hat Sie überzeugt und Sie planen Ihre
das Unterrichtskonzept geeignet ist. Zudem eigene Unterrichtseinheit dazu? Dann finden
wird vorgestellt, welches Themengebiet Sie an dieser Stelle weiterführende Materialien,
mit der jeweiligen Methode behandelt und wie Arbeitsblätter, Anleitungen, Beispielvideos und
welches Ziel damit erreicht werden kann. vieles mehr. Zudem sind Internetadressen angegeben,
unter denen Sie diese und weitere Materialien finden.
Um die Vorschläge im Unterricht umsetzen zu
können, sollten Ihre Schülerinnen und Schüler Sie wollen mehr dazu erfahren? Einige Beiträge
sowohl einige fachliche als auch technische bieten weiterführende Literatur, die eine vertiefte
Vorkenntnisse mitbringen. Diese finden Sie Einarbeitung in die jeweilige Thematik erlaubt.
hier. In manchen Fällen sind jedoch auch
wenige bzw. gar keine Vorkenntnisse nötig.
© Joachim Herz Stiftung Verlag 5
Didaktische Aspekte zum Einsatz digitaler Medien
DIDAKTISCHE ASPEKTE ZUM EINSATZ
DIGITALER MEDIEN – LEITLINIEN ZUM LEHREN
MIT MULTIMEDIA, VERANSCHAULICHT AN BEISPIELEN
RAIMUND GIRWIDZ UND CHRISTOPH HOYER
Ludwig-Maximilians-Universität München, Didaktik der Physik
1 DIGITALE MEDIEN IN DER LEHRE –
EIN KOMPLEXES THEMA
Der Einsatz digitaler Medien im Unterricht lässt sich, je Die Realität zeigt, dass nur so die theoretischen Konzepte
nach Zielsetzung, aus verschiedenen Blickrichtungen von Studierenden und Lehrkräften angenommen werden
analysieren. So können Fragen zu Kommunikationswegen, und Eingang in die Unterrichtspraxis finden (u.a. Jen, Yeh,
Handhabung oder Verfügbarkeit digitaler Medien die Hsu, Wu & Chen, 2016). Das zweite Ziel des Beitrags ist,
technischen Aspekte in den Vordergrund rücken. Hierbei anhand von einfachen Beispielen deutlich zu machen,
sind gerätespezifische Informationen elementar, denn nicht wie Multimediatheorie umgesetzt werden kann.
jedes Gerät ist gleich gut für jedes Vorhaben geeignet. Zum Einstieg werden die besonderen Merkmale
Die rasanten Entwicklungen im technischen Bereich multimedialer Lernmittel herausgestellt. Dazu gehören
stellen durchaus hohe Anforderungen an Lehrkräfte, die Multimodalität, Multicodierung und Interaktivität.
in diesem Bereich ihr Wissen aktuell halten wollen. Im Anschluss wird anhand von Beispielanwendungen
verdeutlicht, wie ausgewählte lernpsychologische
Andere Überlegungen befassen sich mit der Frage, Erkenntnisse umgesetzt werden können.
welche physikalisch-technischen Grundlagen von
digitalen Medien interessante Lerninhalte sein Die Ziele hierbei lauten:
können und damit den Unterricht bereichern. Solche
Betrachtungen machen Medien selbst zum Lerninhalt. • Verankerung von Wissen und situiertes Lernen
Darüber hinaus sind sicher auch pädagogische • Förderung kognitiver Flexibilität
Betrachtungen wichtig, die den verantwortungsbewussten • Einfluss multimedialer Anwendungen auf mentale Modelle
Einsatz digitaler Medien in den Blick nehmen. • Wissensstrukturierung und Vernetzung
• Supplantationsprinzip und Kohärenzbildung
Eine weitere Sichtweise umfasst verstärkt lernpsychologische
und didaktisch-methodische Erkenntnisse und weniger
die technischen oder pädagogischen Gesichtspunkte. In
den Vordergrund rücken dabei Theorien und empirisch Allerdings ist es auch wichtig, Lehrkräfte für Problemfelder
fundierte Richtlinien, wie mit Medien Lernprozesse sinnvoll beim Einsatz von Multimedia zu sensibilisieren.
zu unterstützen sind. Dies ist der Schwerpunkt dieses Deshalb werden exemplarisch noch die folgenden
Kapitels, in dem fachdidaktische Aspekte zum Einsatz von Themen angesprochen:
Multimedia im naturwissenschaftlichen Unterricht vorgestellt
werden. Im Fokus stehen übergeordnete Merkmale, die • Kognitive Belastung (cognitive load)
generelle Konzepte für ein Unterrichten ermöglichen. • Verarbeitungstiefe
In der nachfolgenden Darstellung werden zunächst • Multiple Repräsentationen
grundlegende Ansätze skizziert und auf die einschlägige
Literatur verwiesen. Obwohl eine Vielzahl von Theorien
und Erkenntnissen verfügbar ist, mangelt es bisher
an Konkretisierungen speziell zur Physik, Chemie
oder Biologie. Hier fehlt oft die konkrete Anbindung
an naturwissenschaftliche Unterrichtsthemen. Die
Brücke schlagen im Folgenden verschiedene Beispiele
in Form von kleinen Programmen und Applets. Sie
helfen, wichtige Erkenntnisse und Ansätze aus der
Lehr-Lern-Psychologie praxisnah vorzustellen.
6 © Joachim Herz Stiftung Verlag
Didaktische Aspekte zum Einsatz digitaler Medien
2 MULTIMODALITÄT,
MULTICODIERUNG, INTERAKTIVITÄT
Eine gute Einstiegshilfe, um die Vorteile von Multimedia zu mehrere Informationen simultan an. Formeln nutzen
verstehen, sind die Artikel von Weidenmann (1995, 1997). symbolisch abstrakte Repräsentationen.
Er spezifiziert, was Multimediasysteme besonders Digitale Medien können verschiedene Darstellungsformen
auszeichnet. Multimedia-Anwendungen nutzen in einer großen Bandbreite, sehr flexibel und dynamisch
verschiedene Symbolsysteme (Multicodierung) und zusammenführen und damit eine Multicodierung von
mehrere Sinneskanäle (Multimodalität). Zusätzlich Wissen unterstützen. Abb. 1 zeigt ein Programmbeispiel,
aktivieren Interaktionsangebote die Schülerinnen und in dem speziell der Zusammenhang zwischen
Schüler. Die Begriffe werden nachfolgend erläutert und verschiedenen Diagrammen und ihre Verknüpfung mit
anhand von Anwendungen exemplarisch verdeutlicht. einem realen Bewegungsablauf verdeutlicht wird.
2.1 MULTICODIERUNG
Text, Formel und Bild sind grundverschiedene
Repräsentationsformen. Text informiert sequentiell,
Satzaussage für Satzaussage. Bilder hingegen bieten
Abb. 1: Verschiedene Repräsentationen zu einem Bewegungsablauf – aus einem html5-Applet
(www.didaktik.physik.uni-muenchen.de/multimedia/lernen_mit_multimedia/multimod_multicod_interak/
multicodierung/index.html)
© Joachim Herz Stiftung Verlag 7
Didaktische Aspekte zum Einsatz digitaler Medien
2.2 MULTIMODALITÄT
Multimodalität beschreibt das Adressieren unterschiedlicher Weitere Beispiele sind Experimente mit dem Ultraschall-
Informationskanäle durch digitale Medien. Damit wird die Entfernungsmesser oder der Computermaus, bei denen
Aufnahmekapazität der Lernenden besser nutzbar, und es das eigene Bewegungsempfinden mit Aufzeichnungen
lassen sich auch spezifische, sachgerechte Darstellungen in einem s(t)-, v(t)-Diagramm verknüpft wird.
realisieren.
So lässt sich die physiologische Wahrnehmung mit den
Es können beispielsweise abstrakte Darstellungen wie abstrakten, grafischen Darstellungen kombinieren. Weitere
Noten auf einer Partitur, ein Diagramm mit dem Verlauf des Informationen und Erkenntnisse zur Multimodalität geben
Schallwechseldrucks und das entsprechende akustische Oberfoell & Correia (2016) für Schülerinnen und Schüler
Erlebnis zusammengestellt und gleichzeitig, oder in mit unterschiedlichen Erfahrungen und Kompetenzen
kurzer Abfolge, angeboten werden (siehe Abb. 2). sowie Low und Sweller (2014), wobei diese speziell
von begrenzten kognitiven Ressourcen ausgehen.
Auch ein Video, das die Luftdruckschwankungen
eines akustischen Phänomens visualisiert, kann zur
Hypothesenbildung über das zugrundeliegende Ereignis
anregen. Ein zweites Video mit Bild und Ton ermöglicht
anschließend die Hypothesenprüfung (siehe Abb. 3).
Multimedia im Physikunterricht
Multimodalität
© R. Girwidz 10
Abb. 2: Multimodalität: Die Wirkung eines Bandpassfilters lässt sich in Grafiken anzeigen und auch als Tondokument wiedergeben
Abb. 3: Video ohne Ton zum zeitlichen Verlauf von Luftdruckschwankungen (links)
und Video mit Ton zum selben Phänomen (rechts)
(www.didaktik.physik.uni-muenchen.de/multimedia/lernen_mit_multimedia/
multimod_multicod_interak/multimod/index.html)
8 © Joachim Herz Stiftung Verlag
Didaktische Aspekte zum Einsatz digitaler Medien
2.3 INTERAKTIVITÄT
Interaktivität muss sich nicht nur auf ein Feedback bei Die Vielfalt von Einstellungsmöglichkeiten und die einfache
Auswahlaufgaben beschränken. Auch ein Sammeln von Verfügbarkeit für alle Schülerinnen und Schüler ergänzen
Erfahrungen in virtuellen Welten ist möglich. Das Beispiel und erweitern die Möglichkeiten von Realexperimenten.
hierzu ist ein Simulationsprogramm zu Wellen: die „Interaktive
Wellenmaschine“ (siehe Abb. 4). Der Nutzer kann mit einem Empirisch belegte Effekte verschiedener Feedback-Arten zeigt
Klick die Punkte der Kette bewegen und anschließend eine Metaanalyse von Van der Kleij, Feskens & Eggen (2015).
das Systemverhalten beobachten. Bei vorgegebenen
Aufgabenstellungen (z. B. zum Erzeugen einer stehenden
Welle) ist dadurch ein sachimmanentes Feedback möglich.
Abb. 4: Bildschirmausschnitt aus dem Simulationsprogramm „Interaktive Wellenmaschine“
(www.didaktik.physik.uni-muenchen.de/multimedia/programme_applets/wellen/wellenmaschine_1d/)
3 LEITLINIEN ZUM UNTERRICHTEN MIT MULTIMEDIA
(THEORIE UND KONKRETE BEISPIELE)
Die genannten Möglichkeiten werden von guten Multimedia- 3.1 SITUIERTES LERNEN UND
Anwendungen genutzt, um grundlegende, lernrelevante VERANKERUNG VON WISSEN
Prinzipien umzusetzen. Allerdings beschreiben
Multicodierung, Multimodalität und Interaktivität zunächst Authentische Kontexte für Lernprozesse und der Einsatz
einmal „Oberflächenmerkmale“ der Schnittstelle zwischen von Wissen unter realistischen Anwendungsbedingungen
Mensch und Medium. Sie garantieren noch nicht, dass eine ist ein grundlegendes Prinzip aus dem Ansatz des „situated
Anwendung beim Lernen wirklich effektiv hilft. Einerseits learning“ (Lave, 1988; Brown, Collins & Duguid, 1989; Lave &
können multiple Darstellungen hilfreich sein, wenn es gilt, Wenger, 1991). Realisierungsmöglichkeiten mit neuen Medien
verschiedene Repräsentationen zu vernetzen. Andererseits zeigen die Arbeiten zur „anchored instruction“ (Cognition &
kann eine Vielfalt im Informationsangebot sowohl den Technology Group at Vanderbilt, 1993; Bransford et al. 1990;
Lehrkörper als auch die Schülerinnen und Schüler schnell Dawley & Dede, 2014). Insbesondere soll kein „träges Wissen“
überfordern und zu einer kognitiven Überlastung führen (inert knowledge) entstehen, das zwar gelernt wurde, aber
(cognitive overload). Deshalb werden nachfolgend grundlegende nicht in realen Problemsituationen verfügbar ist. Wissen
theoretische Ansätze zum Lernen betrachtet, aus denen sich wird nicht als Selbstzweck betrachtet, sondern als Werkzeug
weiterführende Perspektiven und Richtlinien für den Einsatz zum Behandeln von subjektiv relevanten Fragestellungen.
von digitalen Medien, und speziell von Multimedia, ableiten Die Verankerung von Wissen an realitätsnahen
lassen. Verknüpft ist dies mit konkreten Beispielen, die mögliche Rahmenbedingungen soll die Entwicklung spezifischer,
Umsetzungen verdeutlichen und Wege von der Theorie zur aber auch übertragbarer, Problemlösefertigkeiten effektiver
Praxis aufzeigen sollen. gestalten (Goldmann et al., 1996; Mandl, Gruber & Renkl, 1994;
Gerstenmaier & Mandl, 1995). Sogenannte „Anker“ stellen
einen Bezug zu relevanten Anwendungssituationen her.
© Joachim Herz Stiftung Verlag 9
Didaktische Aspekte zum Einsatz digitaler Medien
Multimedia erschließt ein breites Spektrum an Maßnahmen, Der Einsatz von Augmented Reality in Form von
mit denen sich Wissensinhalte in interessante Szenen ergänzenden Einblendungen in visuelle Darstellungen,
und Aufgabenstellungen einbinden lassen. Möglichkeiten z. B. bei Aufnahmen mit einer Infrarot-Kamera, zeigt
sind das Einkleiden in Spielsituationen (z. B. bei dem weitere vielversprechende Verfahren auf (siehe Abb. 6).
Programm „Physikus“, www.physikus.de), ein Aufzeigen Multimediaprogramme können zudem quantitative
authentischer Anwendungen (z. B. über Videoclips) Berechnungen in einen Anwendungskontext stellen und
oder Simulationen und Modellierungen von Systemen. direkt Folgerungen aus berechneten Werten verdeutlichen.
Eine weitere Umsetzung sind visuelle Verknüpfungen von Das Beispiel aus Abb. 7 zeigt, wie Rechnungen zu Haft-
Naturerscheinungen mit abstrakten Erklärungen, beispielsweise und Gleitreibungskräften für eine modellhafte Diskussion
über eine Darstellung in Bildsequenzen (siehe Abb. 5). von Lawinenabgängen eingesetzt werden können.
Abb. 5: Schrittweises Einblenden konzeptioneller Grundlagen, die ein Verständnis für Erscheinungen bei einer Inversionswetterlage unterstützen
10 © Joachim Herz Stiftung VerlagDidaktische Aspekte zum Einsatz digitaler Medien Abb. 6: Überlagerung eines Fotos mit einer thermographischen Aufnahme Abb. 7: Bild aus einer html5-Applikation zum Reibungsblockmodell für Schneelawinen (www.didaktik.physik.uni-muenchen.de/sims/lawine/) © Joachim Herz Stiftung Verlag 11
Didaktische Aspekte zum Einsatz digitaler Medien
3.2 KOGNITIVE FLEXIBILITÄT FÖRDERN
Die Fähigkeit, in einer Anwendungssituation oder bei dem Wissen über wichtige Zusammenhänge, eine Vernetzung
der Problemlösung geeignete Repräsentationsformen zwischen den unterschiedlichen Darstellungen auf.
zu nutzen, die den jeweiligen Anforderungen am Das im Folgenden beschriebene Beispiel bezieht sich auf
besten entsprechen, bezeichnet man als „Kognitive die elektromagnetische Dipolstrahlung. Die theoretischen,
Flexibilität“ (Spiro et al., 1988). Dies ist besonders in anspruchsvollen und komplexen Zusammenhänge
komplexen und unübersichtlichen Themengebieten werden durch verschiedene Visualisierungen aufgezeigt.
(illstructured domains) eine Herausforderung. Die Animationen veranschaulichen speziell die
räumliche und zeitliche Feldverteilung sowohl des
In den Naturwissenschaften geht es oft darum, aus elektrischen als auch des magnetischen Wechselfeldes.
geeigneten Darstellungen die richtigen Informationen zu Dazu kommen Energieströme und quantitative
entnehmen (vgl. Abb. 8). Multimediaprogramme fördern Vergleiche der Feldstärken in Liniendiagrammen.
insbesondere den Kompetenzerwerb in den folgenden
zwei Bereichen: Sie verbessern die flexible Verfügbarkeit
verschiedenartiger Repräsentationen. Und sie bauen, mit
Abb. 8: Ausschnitte aus Animationen des html5-Applets „Dipolstrahlung“
(www.didaktik.physik.uni-muenchen.de/multimedia/programme_applets/e_lehre/dipolstrahlung/index.html)
12 © Joachim Herz Stiftung VerlagDidaktische Aspekte zum Einsatz digitaler Medien
Auch für das Arbeiten mit Symbolsystemen kann Flexibilität Ziel ist es, dass Schülerinnen und Schüler weniger
gefordert sein. So ist Anfängern selten sofort klar, dass abhängig von den inhaltlich unwesentlichen
die Schaltungen in Abb. 9 physikalisch äquivalent sind. Oberflächenmerkmalen einer Darstellung werden.
Eine Computeranimation kann dies deutlich machen und Ähnliche Vorschläge stammen bereits von Härtel (1992).
schrittweise entsprechende Umformungen zeigen.
Abb. 9: Verschiedene Schaltskizzen, die physikalisch gleichwertige Schaltungen zeigen
(www.didaktik.physik.uni-muenchen.de/multimedia/programme_applets/e_lehre/schaltungen/index.html)
3.3 MENTALE MODELLE UNTERSTÜTZEN
In der Lehr-Lern-Forschung wird der Begriff „mentale Modelle“ die Möglichkeit, auch abstrakte Modelle mit realistischen
mit einem sehr breiten Bedeutungsspektrum verwendet Situationen zu verknüpfen. In der virtuellen Welt lassen
(Ballstaedt, 1997; und für einen Überblick Held, Vosgerau, sich Abläufe in realitätsnahen Darstellungen oder in
Knauff, 2006). In diesem Artikel soll der Begriff entsprechend abstrakteren Modelldarstellungen durchspielen. Ein weiterer
den frühen Ansätzen (siehe insbesondere Johnson-Laird, Vorteil: Multimedia unterstützt einen Wechsel zwischen
1980; Forbus & Gentner, 1986; Seel, 1986; Steiner, 1988) bzw. realitätsnahen, fotografischen Darstellungen und abstrakten
gemäß den Definitionen von beispielsweise Weidenmann Modellvorstellungen. Auch dies soll die Entwicklung
(1991) und Ballstaedt et al. (1989) verstanden werden. Mentale anwendbaren und nicht „trägen“ Wissens unterstützen.
Modelle sind analoge, kognitive Repräsentationsformen
von komplexen Zusammenhängen, beispielsweise zum Bau Veranschaulichen lassen sich Umsetzungsmöglichkeiten an
und zur Funktionsweise eines Oszilloskops. Ein klassisches einem Beispiel zur Funktionsweise eines Transformators.
Beispiel von de Kleer und Brown (1983) ist die elektrische Die Bewegung der Ladungsträger und der Wechsel
Klingel. Mentale Modelle ermöglichen es, Phänomene des magnetischen Flusses werden in Animationen mit
und Prozesse vor „dem geistigen Auge“ zu analysieren, sprachlicher Begleitung aufgezeigt (siehe Abb. 10).
zu verstehen, Aktionen zu planen und vor allem auch
ein Systemverhalten in Gedanken durchzuspielen. Ein weiteres Beispiel sind Visualisierungen zu
Modellvorstellungen wie bei einer „Phet-Simulation“
Die Konzepte zu mentalen Modellen können einen der University of Colorado Boulder zum
theoriegeleiteten Einsatz bildhaft-analoger Darstellungen Thema Reibung (siehe Abb. 11).
bei digitalen Medien unterstützen. So bietet Multimedia
Abb. 10: Illustrationen aus einem Programmpaket zum Transformator
(www.didaktik.physik.uni-muenchen.de/multimedia/programme_applets/e_lehre/visualisierung_transformator/index.html)
© Joachim Herz Stiftung Verlag 13Didaktische Aspekte zum Einsatz digitaler Medien
Abb. 11: Simulation zu einem einfachen Reibungsmodell
(PhET Interactive Simulations, colorado.edu/sims/html/friction/latest/friction_en.html)
3.4 WISSENSSTRUKTURIERUNG UND VERNETZUNG
Detailwissen muss vernetzt sein, um Zusammenhänge zu Programmmodule zuordnen. Die horizontalen Verknüpfungen
erschließen. Strukturiertes und organisiertes Wissen ist speziell und Tiefenstrukturen werden durch die Vernetzung von
auch für Problemlöseprozesse wichtig (Reif, 1981; 1983). Dokumenten (sog. „links“) realisiert. Insbesondere lassen
Eine hierarchische Gliederung verbessert die Abrufbarkeit. sich mittels Hypertext und Hypermedia semantische
Leitbegriffe können den Zugriff auf relevante Details erleichtern. Strukturen nachbilden. Die Knoten repräsentieren dabei
Begriffe und die Verknüpfungen symbolisieren logische
In modernen Theorien zu mentalen Repräsentationen werden Zusammenhänge. Abb. 12 zeigt einen Ausschnitt aus einem
oft Netzwerkdarstellungen verwendet. Solche Repräsentationen Begriffsnetz zur Wärmelehre und ein Strukturdiagramm
passen auch gut zu heutigen Programmiertechniken. zum Erstellen von Internetseiten. Die Zusammenhänge
Den einzelnen Knoten (Wissenselementen) lassen sich werden in analogen grafischen Darstellungen verdeutlicht.
Abb. 12: Ausschnitt aus einem Strukturdiagramm zur Wärmelehre (zur Darstellung begrifflicher Zusammenhänge und zur Verknüpfung der entsprechenden
Internetseiten aus einem Computerprogramm zum Webdesign)
14 © Joachim Herz Stiftung VerlagDidaktische Aspekte zum Einsatz digitaler Medien
Für die grafische Beschreibung von Wissensdomänen gibt es einzuordnen und mit bildhaften Vorstellungen zu verknüpfen.
heute verschiedene Mindmapping- oder Konzeptmapping- Eine illustrierte Mindmap zum Thema Wärmeübertragung
Programme. Über einfache Bedienungselemente ermöglichen zeigt die Abb. 13. Bilder und Begriffszweige führen
sie auch das Einbinden von Bildern und externen beim Anwählen auf weitere Verzweigungen bzw.
Verknüpfungen mit dem Internet. Charts und Maps können Internetseiten mit detaillierten Erläuterungen.
von Anfang an helfen, Detailwissen zu strukturieren, es
Abb. 13: Mindmap mit Internetverknüpfungen zum Thema Wärmetransfer
(www.didaktik.physik.uni-muenchen.de/multimedia/lernen_mit_multimedia/psycho_prak/struk_und_vernetz/index.html)
3.5 SUPPLANTATIONSPRINZIP UND KOHÄRENZBILDUNG
Multimediale Inhalte können nicht nur, wie oben erwähnt, für belegt (u. a. Miller, Cromley & Newcombe, 2016).
die Beschreibung physikalischer Phänomene genutzt werden. Um das Konzept der Supplantation exemplarisch zu
Auch das Vorgehen bei kognitiven Prozessen kann durch veranschaulichen, folgen hier zwei Animationen aus der
sie visualisiert werden. Multimedia-Anwendungen können Physik. Das erste Beispiel in Abb. 14 zeigt eine schiefe Ebene
gedankliche Schritte veranschaulichen und Vorgehensweisen (großes Dreieck) und einen darauf ruhenden Block. Außerdem
aufzeigen, wie Aufgaben gezielt gelöst werden. Durch visuelle sind die auf den Block wirkenden Kräfte eingezeichnet. Für
Verknüpfungen in Videoclips und Animationen lassen sich auch eine quantitative Berechnung der Kräfte ist die Kenntnis
Zusammenhänge deutlich machen. Das zugrundeliegende Prinzip der Winkel des grau gefärbten Dreiecks notwendig. Die
nennt Salomon (1979) Supplantation. Durch das Beobachten Animation veranschaulicht die Ähnlichkeitsabbildungen,
und Nachvollziehen von externen Repräsentationen können die notwendig sind, um die Ähnlichkeit und damit die
interne, kognitive Prozesse erlernt bzw. ausgebaut werden. Winkelgleichheit der beiden Dreiecke zu überprüfen.
Durch diese Visualisierung wird das Verständnis
Die Notwendigkeit, das Arbeiten mit verschiedenen innerhalb der dargestellten Repräsentation gefördert.
Repräsentationen zu unterstützen, ist an vielen Stellen
Abb. 14: Supplantation zu den Kräften an einer schiefen Ebene
(www.didaktik.physik.uni-muenchen.de/sims/schiefe_ebene/)
© Joachim Herz Stiftung Verlag 15Didaktische Aspekte zum Einsatz digitaler Medien
Abb. 15 zeigt als zweites Beispiel ein Bild aus einer und globalen Kohärenzbildungshilfen. Dabei verstehen sie
Webanimation. Rechts ist ein Federschwinger zu sehen, unter lokaler Kohärenz das Erkennen relevanter Merkmale
links der zugehörige Graph. Der blaue Pfeil zeigt von und das Identifizieren von Beziehungen innerhalb einer
der aktuellen Position der schwingenden Masse auf Repräsentation. Ist anschließend durch wechselseitiges
den korrespondierenden Punkt des Graphen. Aufeinander-Abbilden von Strukturen in unterschiedlichen
Repräsentationen ein repräsentationsübergreifendes
In dieser Animation wird somit der Übersetzungsprozess Verständnis entstanden, dann wird dies als globale
zwischen der Darstellung der Realbewegung und einer Kohärenz bezeichnet. Für ganzheitliches Verstehen
mathematisierten Repräsentation des Vorgangs in Form eines Themengebietes sind daher sowohl lokale als
eines Graphen extern durch das Medium visualisiert. auch globale Kohärenz erforderlich (Seufert, 2003).
Die beiden Beispiele zeigen, dass durch Supplantation
sowohl das Verständnis innerhalb einer Repräsentation
als auch ein repräsentationsübergreifendes Verständnis
gefördert werden kann. Brünken, Seufert und Zander
(2005) sprechen in diesem Zusammenhang von lokalen
Abb. 15: Supplantation zum Federschwinger
(www.didaktikonline.physik.uni-muenchen.de/programme/schwinger/DiagrammSchwinger.html)
16 © Joachim Herz Stiftung VerlagDidaktische Aspekte zum Einsatz digitaler Medien
3.6 MULTIPLE REPRÄSENTATIONEN ERLEBEN LASSEN
Jede Repräsentation hat ihre spezifischen
Ausdrucksmöglichkeiten. In den Naturwissenschaften muss
man in der Lage sein, unterschiedliche Perspektiven zu
verfolgen, Beziehungen zwischen verschiedenen Darstellungen
zu erkennen und die Informationen zu vernetzen. Die Rolle
der jeweiligen Repräsentationsart beim Denken wird z. B.
bei Scheid, Müller, Hettmannsperger & Schnotz (2015) oder
bei Tytler, Prain, Hubber & Waldrip (2013) behandelt.
Die Möglichkeiten digitaler Medien erlauben auch neue
Perspektiven. So zeigt eine Animation von Fearofphysics,
wie man den Flug eines Basketballs in den Korb sehen
würde, wenn man mit dem Ball fliegt (Abb. 16).
Abb. 16: Parabelflug eines Basketballs
Abb. 17 zeigt das Bild eines Fadenpendels von
miterleben („Ritt“ auf einem Basketball)
unten. Die Aufnahmen sind mit einer rotierenden (fearofphysics.com/Proj/betheball.html)
Kamera erstellt und zeigen die Bewegung aus einem
rotierenden Bezugssystem. Coriolisbeschleunigung und
-ablenkung werden „sichtbar“ (vgl. auch Abb. 18).
Abb. 17: Betrachtung über eine rotierende Kamera (Coriolisbeschleunigung in einem rotierenden Bezugssystem)
(www.didaktikonline.physik.uni-muenchen.de/physikonline/video1/m3_scheinkr/m3_pendel1.html)
© Joachim Herz Stiftung Verlag 17Didaktische Aspekte zum Einsatz digitaler Medien
Abb. 18: Schematische Darstellung zu den Beobachtungen eines Pendels aus einem ruhenden und einem rotierenden Bezugssystem
Die nächste Anwendung zeigt eine Folge von verknüpften Zu berücksichtigen ist, dass positive Effekte beim
Arbeitsblättern für das Tabellenkalkulationsprogramm Einsatz von digitalen Medien aber kein Automatismus
Excel (siehe Abb. 19). Zum Einsatz kommen sind. Empirische Untersuchungen konnten aufzeigen,
fotografische Abbildungen, Tabellen für Messdaten, dass einige Faktoren zu bedenken sind, damit sich
Diagramme sowie die zugehörigen Formeln, die aus keine neuen Lernhindernisse aufbauen (siehe z. B.
den physikalischen Gesetzmäßigkeiten abgeleitet sind. Ryoo & Linn, 2014). Nachfolgend wird exemplarisch auf
Modellierungsaufgaben machen die theoretischen einige der vorliegenden Erkenntnisse eingegangen.
Annahmen und rechnerischen Ansätze direkt überprüfbar.
Abb. 19: Blätter aus einem Tabellenkalkulationsprogramm mit
verschiedenen Darstellungen einer Fallbewegung mit Luftreibung
(www.didaktik.physik.uni-muenchen.de/multimedia/lernen_mit_multimedia/
multimod_multicod_interak/multicodierung/index.html)
18 © Joachim Herz Stiftung VerlagDidaktische Aspekte zum Einsatz digitaler Medien
3.7 COGNITIVE LOAD
Ein zu hoher cognitive load (d. h. eine zu große Belastung des
kognitiven Systems) wird oft als Ursache gesehen, warum Extranous Cogntive Load Intrinsic Cogntive Load
Lernen mit Multimedia nicht die gewünschten Effekte bringt Kapazität des Arbeitsgedächnisses
(z. B. Ainsworth, Bibby & Wood, 1997). Gerade bei
Multimedia-Anwendungen kann die Informationsdichte Abb. 20: Überlastung des Arbeitsgedächtnisses
schnell überfordern und vom Wesentlichen ablenken.
Die Theorie unterscheidet zwischen „extraneous“, „intrinsic“
sowie „germane cognitive load“. Der „extraneous cognitive Der „extraneous cognitve load“ lässt sich mit einigen
load“, d. h. die Belastung durch Rahmenbedingungen, kann Maßnahmen niedrig halten. Dazu gehören zum Beispiel:
beispielsweise durch eine ungeeignete Lernumgebung hoch
ausfallen. Der „intrinsic cognitive“ load wird durch die • Die Verwendung intuitiver Bedienungselemente: Hilfreich
eigentliche Sachinformation verursacht. „Extraneous“ ist eine Anknüpfung an gewohnte Verfahren, z. B. das Starten
und „intrinsic cogntive load“ gehen beide zu Lasten der einer Zeitmessung über die Steuerknöpfe einer Stoppuhr.
Verarbeitungskapazität der Schülerinnen und Schüler und
sind vom Lernmaterial und der Lernumgebung abhängig. • Das Kontiguitätsprinzip für Bild- und Textinformation:
Texterklärungen werden in eine räumliche Nähe
Im Gegensatz dazu ist der „germane cognitive load“ zu den entsprechenden Bildinformationen gestellt
abhängig von Eigenschaften des Lernenden. Er umfasst (siehe auch Mayer & Moreno, 2003).
kognitive Ressourcen, die der Lernende zur Verarbeitung
des „intrinsic cognitive load“ aufwenden kann. • Das „single concept principle“: Zunächst wird ein
Sachverhalt isoliert und akzentuiert dargestellt. Zu
Erfolgreiches Lernen ist also nur dann möglich, wenn dynamischen Prozessen werden ggf. zunächst statische
der „extraneous cognitive load“ noch Kapazitäten für die Bilder gezeigt und erst im Anschluss Filme oder Animationen
Verarbeitung der Sachinformationen frei lässt (zur „cognitive vorgeführt. Erst wenn grundlegende Sachverhalte
load theory“ siehe insbesondere Chandler & Sweller, 1991; geklärt sind, werden Kontexte betrachtet. Das in Abb. 21
Sweller, 1994; Sweller 2010 und die Illustration in Abb. 20). vorgestellte Beispiel bietet verschiedene Animationen
zur Wellenlehre an. Wellenphänomene werden in
charakteristischen Abläufen akzentuiert dargestellt.
Abb. 21: Wellenphänomene in einer Übersicht
(www.didaktik.physik.uni-muenchen.de/multimedia/programme_applets/wellen/wellenphaenomene/)
© Joachim Herz Stiftung Verlag 19Didaktische Aspekte zum Einsatz digitaler Medien
• Sequenzieren: Ein komplexer Sachverhalt wird Schritt für Zu sehen sind Bildausschnitte eines Videos zur
Schritt erarbeitet. Ausgehend von der Darstellung einer Wirbelstrombremse, wobei in geeigneter Abfolge wichtige
Ausgangssituation werden immer mehr Komponenten Elemente besonders gekennzeichnet werden.
erläutert und mit einbezogen (siehe z. B. Abb. 22).
• Fokussieren: Zentrale Elemente, die besonders in den
Blickpunkt rücken sollen, lassen sich visuell hervorheben.
So zeigt die Abb. 23, wie die Akzentuierung zentraler
Elemente den „extraneous cognitive load“ reduzieren kann.
Abb. 22: Zum Strahlungshaushalt der Erde:
Die Beiträge zur Ein- und Abstrahlung werden schrittweise von links nach rechts eingeblendet und verrechnet
(www.didaktik.physik.uni-muenchen.de/multimedia/lernen_mit_multimedia/psycho_theo/cognitive_load/index.html)
Abb. 23: Ausschnitte aus einem Videoclip, in dem ein Experiment zur Wirbelstrombremse erläutert wird
20 © Joachim Herz Stiftung VerlagDidaktische Aspekte zum Einsatz digitaler Medien
3.8 VERARBEITUNGSTIEFE SICHERN
Trotz der enormen Kapazität des visuellen Gedächtnisses, Die Abb. 24 zeigt mehrere Darstellungsarten, mit denen
die beispielsweise für das Erkennen von Personen physikalische Aspekte zur Wärmeleitung diskutiert und
wichtig ist, gibt es auch eindrucksvolle Beispiele für vertieft werden können. Fotografien, Tabellenwerte, Balken-
eine mangelhafte Verarbeitung visueller Informationen. diagramme, Infografiken sowie Anwendungen aus Natur
Warum können erstaunlich wenige Personen angeben, und Alltag können Ausgangspunkte bieten. Multimedia
was auf einem 10-Euro-Schein abgebildet ist, wenn sie verbessert die Verfügbarkeit und den Einsatzrahmen;
ihn nicht direkt vor Augen haben? Auch bei Multimedia- allerdings unter der Voraussetzung, dass mit den
Anwendungen besteht die Gefahr, dass durch Flüchtigkeit angebotenen Informationen intensiv gearbeitet wird.
und eine Vielzahl von Darstellungen wichtige Informationen Die vorgestellten Anwendungen sollen Lehrende für das
gar nicht die Bewusstseinsebene erreichen, die für Potenzial von Multimedia-Anwendungen sensibilisieren
ein naturwissenschaftliches Lernen notwendig ist. und Muster aufzeigen, wie Lernprozesse gezielt unterstützt
Andererseits bietet Multimedia über das Zusammenstellen werden können. Die Bedingungen und Einflussfaktoren
unterschiedlicher Repräsentationsformen gute Möglichkeiten, sind jedoch in der Praxis oft so vielschichtig, dass man
Sachverhalte aus verschiedenen Perspektiven zu gegebenenfalls auch Schwierigkeiten berücksichtigen und
betrachten und darüber zu diskutieren. Damit lässt sich entsprechende Maßnahmen in Betracht ziehen muss. Nur
auch eine tiefer gehende Verarbeitung unterstützen. dann gelingt ein zielgerechter Einsatz von digitalen Medien.
Abb. 24: Die Abbildungen verweisen auf Vertiefungsmöglichkeiten zur Wärmeleitung.
© Joachim Herz Stiftung Verlag 21Literatur 4 LITERATUR Ainsworth, S. E., Bibby, P. A., Wood, D. J. (1997). Information technology and multiple representations. New opportunities – new problems. Journal of Information Techology for Teacher Education 6(1), 93–105 . https://doi.org/10.1080/14759399700200006 Ballstaedt, S.-P. (1997). Wissensvermittlung. Weinheim: Beltz Psychologie Verlags Union. Ballstaedt, S.-P. , Molitor, S. & Mandl, H. (1989). Wissen aus Text und Bild. In J. Groebel & P. Winterhoff-Spurk (Hrsg.), Empirische Medienpsychologie (S. 105-133). München: Psychologie Verlags Union. Bransford, J. D., Sherwood, R. D., Hasselbring, T. S., Kinzer, Ch. K. & Williams, S. M. (1990). Anchored instruction: Why we need it and how technology can help. In D. Nix & R. Spiro (Hrsg.), Cognition, education and multimedia (S. 115-141). Hillsdale, NJ: Erlbaum Associates. Brown, J., Collins, A. & Duguid, P. (1989). Situated Cognition and the Culture of Learning. Educational Researcher, 18(1), 32–42. Brünken, R., Seufert, T. & Zander, S. (2005). Förderung der Kohärenzbildung beim Lernen mit multiplen Repräsentationen. Zeitschrift für Pädagogische Psychologie, 19(1/2), 61–75. https ://doi.org/10.1024/1010-0652.19.12.61 Chandler, P. & Sweller, J. (1991). Cognitive Load Theory and the Format of Instruction. Cognition and Instruction, 8(4), 293-332. https://doi.org/10.1207/s1532690xci0804_2 Cognition & Technology Group at Vanderbilt (1993). Anchored instruction and situated cognition revisited. Educational Technology, 33(3), 52-70. De Kleer, J. & Brown, J. (1983). Assumptions and ambiguistics in mechanistic mental models. In D. Gentner & A. L. Stevens (Hrsg.), Mental Models (S. 155–190). Hillsdale N.J.: Erlbaum. Dawley, L., & Dede, C. (2014). Situated learning in virtual worlds and immersive simulations. In J. M. Spector, M. D. Merrill, J. Elen & M. J. Bishop (Hrsg.), Handbook of research on educational communications and technology (S. 723-734). New York: Springer. https://doi.org/10.1007/978-1-4614-3185-5_58 Forbus, K. D. & Gentner, D. (1986). Learning physical domains: Toward a theoretical framework. In R. S. Michalski, J. G. Carbonell & T. M. Mitchell (Hrsg.), Machine Learning. An Artificial Intelligence Approach. Volume II (S. 311-348). Los Altos: Morgan Kaufmann Publisher. Gerstenmaier, J. & Mandl, H. (1995). Wissenserwerb unter konstruktivistischer Perspektive. Zeitschrift für Pädagogik, 41(6), 867–888. Goldmann, S. R., Petrosino, A. J., Sherwood, R. D., Garrison, S., Hickey, D., Bransford, J. D. & Pellegrino, J. W. (1996). Anchoring science instruction in multimedia learning environments. In S. Vosniadout, E. De Corte, R. Glaser, H. Mandl (Hrsg.), International perspectives on the design of technology-supported learning environments (S. 257-284). Mahwah, NJ: Lawrence Erlbaum Associates. Härtel, H. (1992). Neue Ansätze zur Darstellung und Behandlung von Grundbegriffen und Grundgrößen der Elektrizitätslehre. In K. Dette & P. J. Pahl (Hrsg.), Multimedia, Vernetzung und Software für die Lehre (S. 423–428). Berlin: Springer. Held, C., Gottfried, M., Vosgerau, G. V. & Knauff, M. (Hrsg.). (2006). Mental models and the mind: current developments in cognitive psychology, neuroscience and philosophy of mind (Vol. 138). Amsterdam: Elsevier. Jen, T. H., Yeh, Y. F., Hsu, Y. S., Wu, H. K. & Chen, K. M. (2016). Science teachers' TPACK-Practical: Standard-setting using an evidence-based approach. Computers & Education, 95, 45-62. Johnson-Laird, P. N. (1980). Mental Models in Cognitive Science. Cognitive Science, 4(1), 71–115. https://doi.org/10.1207/ s15516709cog0401_4 Lave, J. (1988). Cognition in practice. Mind, mathematics and culture in everyday life. Cambridge: Cambridge University Press. Lave, J. & Wenger, E. (1991). Situated learning. Legitimate peripheral participation. Cambridge: Cambridge University Press. Low, R. & Sweller, J. (2014). The Modality Principle in Multimedia Learning. In R. E. Mayer (Hrsg.), The Cambridge handbook of multimedia learning (Cambridge handbooks in psychology, Second edition (S. 227–246). New York: Cambridge University Press. Mandl, H., Gruber, H. & Renkl, A. (1994). Zum Problem der Wissensanwendung. Unterrichtswissenschaft, 22, 233–242. Miller, B. W., Cromley, J. G. & Newcombe, N. S. (2016). Improving diagrammatic reasoning in middle school science using conventions of diagrams instruction. Journal of Computer Assisted Learning, 32(4), 374-390. Oberfoell, A. & Correia, A. (2016). Understanding the role of the modality principle in multimedia learning environments. Journal of Computer Assisted Learning, 32(6), 607-617. Reif, F. (1981). Teaching problem solving – A scientific approach. The Physics Teacher, 19(5), 310–316. https://doi.org/10.1119/1.2340790 22 © Joachim Herz Stiftung Verlag
Literatur Reif, F. (1983). Wie kann man Problemlösen lehren? – Ein wissenschaftlich begründeter Ansatz. Der Physikunterricht, 17(1), 51–66. Ryoo, K. & Linn, M. C. (2014). Designing guidance for interpreting dynamic visualizations: Generating versus reading explanations. Journal of Research in Science Teaching, 51(2), 147-174. Salomon, Gavriel (1979). Interaction of Media, Cognition, and Learning. San Francisco: Jossey-Bass Publishers. Scheid, J., Müller, A., Hettmannsperger, R. & Schnotz, W. (2015). Scientific experiments, multiple representations, and their coherence. A task based elaboration strategy for ray optics. In W. Schnotz, A. Kauertz, H. Ludwig, A. Müller & J. Pretsch (Hrsg.), Multidisciplinary research on teaching and learning (S. 239–252). Basingstoke: Palgrave Macmillan. Seel, N.M. (1986). Wissenserwerb durch Medien und „mentale Modelle“. Unterrichtswissenschaft, 4, 384-401. Seufert, T. (2003). Supporting coherence formation in learning from multiple representations. Learning and Instruction, 13(2), 227–237. https://doi.org/10.1016/S0959-4752(02)00022-1 Spiro, R. J., Coulson, R. L., Feltovich, P. J. & Anderson, D. K. (1988). Cognitive Flexibility Theory: Advanced Knowledge Acquisition in Ill-Structured Domains. In V. Patel, Tenth Annual Conference of the Cognitive Science Society (S. 375-383). Hillsdale, N.J.: Lawrence Eribaum Ass. Steiner, G. (1988). Analoge Repräsentationen. In H. Mandl, H. Spada & H. Aebli (Hrsg.), Wissenspsychologie (S. 99–119). München: Psychologie Verlags Union. Sweller, J. (1994). Cognitive load theory, learning difficulty, and instructional design. Learning and instruction, 4(4), 295-312. https://doi.org/10.1016/0959-4752(94)90003-5 Sweller, J. (2010). Element interactivity and intrinsic, extraneous, and germane cognitive load. Educational psychology review, 22(2), 123-138. https://doi.org/10.1007/s10648-010-9128-5 Tytler, R., Prain, V., Hubber, P. & Waldrip, B. (Hrsg.). (2013). Constructing representations to learn in science. Rotterdam: Sense. Van der Kleij, F. M., Feskens, R. C. & Eggen, T. J. (2015). Effects of feedback in a computer-based learning environment on students’ learning outcomes: A meta-analysis. Review of educational research, 85(4), 475-511. Weidenmann, B. (1991). Lernen mit Bildmedien: Psychologische und didaktische Grundlagen. Weinheim: Beltz. Weidenmann, B. (1995). Multicodierung und Multimodalität im Lernprozeß. In L. J. Issing & P. Klimsa (Hrsg.), Information und Lernen mit Multimedia (S. 65-84). Weinheim: Beltz Psychologie Verlags Union. Weidenmann, B. (1997). „Multimedia“: Mehrere Medien, mehrere Codes, mehrere Sinneskanäle? Unterrichtswissenschaft, 25(3), 197-206. © Joachim Herz Stiftung Verlag 23
Quiz-Werkzeuge: Lernende aktivieren und Feedback erhalten
QUIZ-WERKZEUGE:
LERNENDE AKTIVIEREN UND FEEDBACK ERHALTEN
STEFAN RICHTBERG
Ludwig-Maximilians-Universität München, Didaktik der Physik
Schwierigkeitsgrad: leicht
Vorbereitungsaufwand: gering
Fächer: alle
Durchführungsdauer/Zeitaufwand: unterrichtsbegleitend
i Für wen? Ziele:
Klassenstufen 5-13 • Schülerinnen und Schüler bearbeiten individuell und
aktiv Frageserien zu einem Thema.
Themengebiet:
Klassenstufen 5-13 • Schülerinnen und Schüler erhalten direkt ein Feedback
über ihren Lern- und Wissensstand.
themenunabhängig • Lehrkräfte erhalten valide Rückmeldung über den
Lernerfolg der Schülerinnen und Schüler.
Moderne Quiz-Systeme ermöglichen das einfache und Auch das Sammeln von Gedanken, Hypothesen oder
schnelle Erstellen von Fragen und Frageserien, die die Erklärungsansätzen kann mithilfe solcher Tools erfolgen.
Schülerinnen und Schüler individuell beantworten Alle Ergebnisse können anonym und in Echtzeit per
können. Quizze bieten die Möglichkeit, Schülerinnen Beamer visualisiert werden. Die Erstellung von Fragen und
und Schülern auf spielerische Weise Fragen zu stellen. Frageserien ist unkompliziert über eine Web-Oberfläche
Quiz-Formate sind aus diesem Grunde eine gute möglich. Die Bearbeitung kann im Anschluss von jedem
Möglichkeit der Schüleraktivierung. Zusätzlich erhalten beliebigen Endgerät mit Internetzugriff erfolgen, ohne
die Lernenden automatisiert Rückmeldung über ihren dass zuvor gesonderte Software installiert werden muss.
Lernfortschritt und die Lehrkräfte können Probleme
ihrer Schülerinnen und Schüler schnell identifizieren
sowie evidenzbasiert Rückschlüsse auf die Wirkung
ihres Unterrichts ziehen.
Weitere Informationen und Materialien finden Sie unter: www.mint-digital.de/unterrichtsidee
24 © Joachim Herz Stiftung VerlagSie können auch lesen
